深基坑开挖支护 简要设计原理和应用实例
设计分公司 李小健 2014年4月 目 录 1.深基坑工程的应用范围、特点及主要支护类型 ....................... 2 1.1应用范围 .................................................. 2 1.2深基坑工程的特点 .......................................... 2 1.3基坑支护常用结构类型 ...................................... 2 2.简要设计原理和计算内容 ......................................... 3 2.1简要设计原理 .............................................. 3 2.2主要计算内容 .............................................. 3 2.2.1土压力计算 ........................................... 3 2.2.2嵌固深度稳定计算 ..................................... 4 2.2.3基底抗隆起稳定验算 ................................... 5 2.2.4围檩、支撑等结构计算 ................................. 5 3.应用实例（某项目承台深基坑钢板桩支护设计方案） ................. 5 3.1项目简要介绍 .............................................. 5 3.2设计计算依据： ............................................ 5 3.3基坑支护设计方案简述： .................................... 5 3.4钢板桩支撑支点力及嵌入深度计算： .......................... 6 3.4.1支点力计算 ........................................... 6 3.4.2钢板桩嵌固稳定性验算： ............................... 8 3.4.3嵌固深度坑底抗隆起验算 ............................... 8 3.5钢板桩受力检算： .......................................... 9 3.6围檩及水平支撑结构验算 ................................... 10 3.6.1围檩结构验算 ........................................ 10 3.6.2支撑结构验算 ........................................ 10 3.7其它要求 ................................................. 11
1 1.深基坑工程的应用范围、特点及主要支护类型 1.1应用范围 1）开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。 2）开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。 3）桥梁施工中淤泥质地段的承台开挖、一般土层地段的深基坑开挖、水中承台开挖等施工方案制定均属于正常的施工技术范畴，技术方案中基坑支护设计也是必不可少的。 1.2深基坑工程的特点 1）基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。 2）基坑工程具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大。基坑工程的支护体系设计与施工要因地制宜，不能简单搬用。 3）基坑工程综合性强。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。 4）基坑工程具有较强的时空效应。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。 5）基坑工程是系统工程。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。 6）基坑工程具有环境效应。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。 1.3基坑支护常用结构类型 施工中常用的基坑支护结构形式：钢板桩支护结构、工字钢支护结构，还
2 有木结构棑桩支护、钢筋砼棑桩支护结构等。 2.简要设计原理和计算内容 2.1简要设计原理 1）基坑支护结构设计采用规范《建筑基坑支护技术规程》、《建筑地基基础设计规范》、《钢结构设计规范》等。 2）基坑支护设计主要计算原理是土的主动、被动土压力计算，支护结构竖向构件的嵌固深度计算，横向支撑支点力计算，支护结构材料的强度、刚度、变形计算等。 3）基坑支护可采用悬臂法和支撑法，受力一般采用弹性支点法计算模型，如下图示意：
4）主动土压力计算时如果土体内摩擦角、土对墙背的摩擦角及土的种类满足要求时，可查规范附表确定土压力系数；如满足郎肯或库伦土压力计算条件时也可依据其理论进行计算，基坑深度大于5m时要考虑增大系数。 2.2主要计算内容 2.2.1土压力计算
3 1）主动土压力强度标准值计算： aiiaiakakKcKp2−=σ
)245(2iaitgKϕ−= 2）被动土压力强度标准值计算： piipipkpkKcKp2+=σ
)245(2ipitgKϕ+= 3）在土压力影响范围内存在相邻建筑物地下墙体稳定界面时，可采用库伦土压力理论计算界面内有限滑动楔体产生的主动土压力。 4）均布附加荷载作用下的土中附加竖向应力标准值计算： 计算公式：0qk=∆σ
5）基坑顶部周边局部荷载可换算为等效附加均布土压力，计算模型如下图示意：
2.2.2嵌固深度稳定计算 支挡结构的嵌固深度应符合下式嵌固稳定性要求： 4 eaak
ppkKaEaE≥ eK依据安全等级要求确定，一、二、三级分别不小于1.25、
1.2、1.15。 2.2.3基底抗隆起稳定验算 1）悬臂式支挡结构可不进行隆起稳定性验算。 2）支撑式支挡结构的嵌固深度应符合下列规定：
bdm
cqdlKqlhcNNl≥
++
+
012
)(γ
γ
bK为抗隆起安全系数，安全等级为一级、二级、三级的支护结构其分别不应小于1.8、1.6、1.4. 2.2.4围檩、支撑等结构计算 依据土压力和支点力按照相关规范进行强度、稳定及变形计算。 3.应用实例（某项目承台深基坑钢板桩支护设计方案） 3.1项目简要介绍 高速铁路跨越河流桥梁位于河漫滩上的承台，按照承台尺寸，基坑开挖长度16m，宽度10.5m，深度6.0m。 基坑开挖深度范围内均为淤泥质粘土。 3.2设计计算依据： 1）项目提供的有关周转材料情况及其它要求。 2）设计资料中的有关地质勘察报告 3）《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012 4）《建筑地基与基础设计规范》GB 50007-2011 5）《钢结构设计规范》GB50017-2003 3.3基坑支护设计方案简述：
5 1）基坑支护四周维护采用拉森Ⅳ型钢板桩，承台基坑设计深度6.0m，现场钢板桩施工时伸入基坑底4.8m。钢板桩内侧设置一道支撑，支撑距离基坑顶面2.0m；支撑采用Φ400*6mm钢管，水平布置间距3.0m。支撑平面处设置环形围檩，围檩采用2根25#工钢组合成格构式构件。 2）设计方案中参数取值： 土层结构主要为淤泥质粘土，土的加权平均容重18.2KN/m3，内摩擦角8.8°，粘聚力加权平均值10KPa（按照勘察报告），孔隙比1.0。 3）基坑顶面堆载20.0KPa。 4）地下水位标高接近基坑顶面。 3.4钢板桩支撑支点力及嵌入深度计算： 3.4.1支点力计算 1）计算简图：
6 2）土压力计算： 采用弹性支点法计算，初步拟定钢板桩嵌固深度4.8m。 主动土压力系数 735.0)28.845()245(22
=−=−=tgtgK
a
ϕ
被动土压力系数 361.1)28.845()245(22=+=+=tgtgK
p
ϕ
基坑顶面堆载换算高度 mh1.12.180.20==
主动土压力标准值计算： 主动土压力强度标准值零点计算： 735.00.102735.0)2.180.20(2000××−××+=−=hKcK
akakaσ
解得 mh18.00= 基坑底面处主动土压力强度标准值
KPaKcKeakakaka1.63735.00.102735.02.180.6201
=
××−××=−=σ
基坑底面以上的主动土压力值 KNEak6.183)18.00.6(1.632
1
1=−××=
基坑底面以下的主动土压力值 KNEak9.3028.41.632=×= 基坑底面处被动土压力强度标准值计算
KPaKcKepkpkakp3.23361.10.102361.12.180211=××+××=+=
σ
桩端处被动土压力强度标准值计算 KPaKcKepkpkakp2.142361.10.102361.12.188.4221=××+××=+=σ
基坑底面以下被动土压力值 KNEpk2.3978.4)2.1423.23(21=×+×=
3）支点力计算 7